CN102377465B - 下行波束赋形方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种下行波束赋形方法及装置，其中方法包括：获取并保存与待赋形的下行波束对应的上行波束的上一子帧平均空间协方差矩阵的权值；根据所述上一子帧平均空间协方差矩阵的权值重构所述上一子帧平均空间协方差矩阵；对所述上一子帧平均空间协方差矩阵及所述上行波束的当前子帧瞬时空间协方差矩阵进行平滑滤波处理得到当前子帧平均空间协方差矩阵；根据所述当前子帧平均空间协方差矩阵的权值对所述下行波束进行波束赋形。本发明具有更优的误块率性能且有利于降低了运算过程中占用的存储量。
Description
技术领域
本发明涉及一种下行波束赋形方法及装置，属于第三代移动通信领域。
背景技术
波束赋形技术的基本原理是通过改变各天线单元的权重，在空间形成方向性波束，主波束对期望用户设备（User Equipment，简称：UE）的信号进行跟踪，而在干扰UE方向形成零陷，这样就大大降低了系统的干扰，提高了频率利用率。
现有的时分同步码分多址（Time Division-Synchronous Code DivisionMultiple Access，简称：TD-SCDMA）通信系统中需要应用智能天线技术，该智能天线可同时产生多个波束，按照通信终端的分布，在360度的范围内实现下行波束赋形。
现有技术直接用当前子帧的瞬时空间协方差矩阵进行赋形计算，但在误块率性能方面还有待提高。另外，现有技术在进行下行波束赋形时首先要计算上行波束当前子帧的瞬时空间协方差矩阵，然后进行归一化以及自适应平滑处理，以求得当前子帧的空间协方差矩阵的平均值用于计算赋形矢量。现有技术中在计算空间协方差矩阵的平均值时，需要保留上一子帧的空间协方差矩阵的平均值，并与当前子帧的空间协方差矩阵的瞬时值做递归平均，得到当前子帧的空间协方差矩阵的平均值。可见，这种方法需要存储上一子帧的空间协方差矩阵的平均值，因此需要占用较大的存储量。
发明内容
本发明提供一种下行波束赋形方法及装置，用以提高误块率性能并减少运算过程中占用的存储量。
本发明一方面提供一种下行波束赋形方法，其中包括：
获取并保存与待赋形的下行波束对应的上行波束的上一子帧平均空间协方差矩阵的权值；
根据所述上一子帧平均空间协方差矩阵的权值重构所述上一子帧平均空间协方差矩阵，根据公式
重构所述上一子帧平均空间协方差矩阵
其中，w表示所述上一子帧平均空间协方差矩阵的权值；
对所述上一子帧平均空间协方差矩阵及所述上行波束的当前子帧瞬时空间协方差矩阵进行平滑滤波处理得到当前子帧平均空间协方差矩阵；
根据所述当前子帧平均空间协方差矩阵的权值对所述下行波束进行波束赋形。
本发明另一方面提供一种下行波束赋形装置，其中包括：
获取模块，用于获取并保存与待赋形的下行波束对应的上行波束的上一子帧平均空间协方差矩阵的权值；
重构模块，用于根据获取模块获取并保存的所述上一子帧平均空间协方差矩阵的权值重构所述上一子帧平均空间协方差矩阵，根据公式重构所述上一子帧平均空间协方差矩阵
其中，w表示所述上一子帧平均空间协方差矩阵的权值；
平滑模块，用于对重构模块生成的所述上一子帧平均空间协方差矩阵及所述上行波束的当前子帧瞬时空间协方差矩阵进行平滑滤波处理得到当前子帧平均空间协方差矩阵；
赋形模块，用于根据平滑模块得到的所述当前子帧平均空间协方差矩阵的权值对所述下行波束进行波束赋形。
本发明通过保存上行波束的上一子帧平均空间协方差矩阵的权值重构所述上一子帧平均空间协方差矩阵，而不再存储上一子帧平均空间协方差矩阵，因此降低了运算过程中占用的存储量；另外，通过采用经过平滑滤波处理后的当前子帧平均空间协方差矩阵进行下行波束赋形，与现有技术中采用当前子帧瞬时空间协方差矩阵直接进行下行波束赋形的方式相比，具有更优的误块率性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所述下行波束赋形方法实施例一的流程图；
图2为本发明所述下行波束赋形方法实施例二的流程图；
图3为TU3信道条件下的性能仿真对比曲线图；
图4为TU50信道条件下的性能仿真对比曲线图；
图5为RA120信道条件下的性能仿真对比曲线图；
图6为本发明所述下行波束赋形装置实施例一的结构示意图；
图7为本发明所述下行波束赋形装置实施例二的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明所述下行波束赋形方法实施例一的流程图，如图所示，该方法包括如下步骤：
步骤101，获取并保存与待赋形的下行波束对应的上行波束的上一子帧平均空间协方差矩阵的权值。
其中，所述上一子帧是相对于当前子帧而言的，由于TD-SCDMA通信系统采用时分双工技术，因此一个子帧中既包括上行波束的信息也包括下行波束的信息。对下行波束的赋形就是基于上下行信道对称原理基于上行波束的信息实施的。由于上一子帧是接收机已经处理过的子帧，因此获取其平均空间协方差矩阵的权值是完全可能的。
步骤102，根据所述上一子帧平均空间协方差矩阵的权值重构所述上一子帧平均空间协方差矩阵。
具体地，可以根据公式
重构所述上一子帧平均空间协方差矩阵
其中，w表示所述上一子帧平均空间协方差矩阵的权值，conj()表示进行共轭运算，()T表示进行转置运算。
步骤103，对所述上一子帧平均空间协方差矩阵及所述上行波束的当前子帧瞬时空间协方差矩阵进行平滑滤波处理得到当前子帧平均空间协方差矩阵。
具体地，可以根据公式
进行所述平滑滤波处理，得到所述当前子帧平均空间协方差矩阵
其中，
表示所述上一子帧平均空间协方差矩阵，
表示所述当前子帧瞬时空间协方差矩阵，K表示递归因子
步骤104，根据所述当前子帧平均空间协方差矩阵的权值对所述下行波束进行波束赋形。
本实施例所述方法通过保存上行波束的上一子帧平均空间协方差矩阵的权值重构所述上一子帧平均空间协方差矩阵，而不再存储上一子帧平均空间协方差矩阵，因此降低了运算过程中占用的存储量。
另外，采用经过平滑滤波处理后的当前子帧平均空间协方差矩阵进行下行波束赋形，与现有技术中采用当前子帧瞬时空间协方差矩阵直接进行下行波束赋形的方式相比，具有更优的误块率性能。
图2为本发明所述下行波束赋形方法实施例二的流程图，如图所示，该方法包括如下步骤：
步骤201，获取并保存与待赋形的下行波束对应的上行波束的上一子帧平均空间协方差矩阵的权值。
其中关于上一子帧的说明，可参见上述方法实施例一的相关内容，此处不再赘述。
步骤202，根据所述上一子帧平均空间协方差矩阵的权值重构所述上一子帧平均空间协方差矩阵。
具体的计算公式可参见上述方法实施例一的相关内容，此处不再赘述。
步骤203，对重构后得到的所述上一子帧平均空间协方差矩阵进行归一化处理，得到上一子帧平均空间归一化协方差矩阵。
具体地，可以根据公式
进行所述归一化处理，得到所述上一子帧平均空间归一化协方差矩阵
其中，
表示所述上一子帧平均空间协方差矩阵，trace()表示计算矩阵的迹，即对角线元素之和。
步骤204，对所述上一子帧平均归一化空间协方差矩阵及所述上行波束的当前子帧瞬时空间协方差矩阵进行平滑滤波处理得到当前子帧平均空间协方差矩阵。
具体地，可以根据公式
进行所述平滑滤波处理，得到所述当前子帧平均空间协方差矩阵
其中，表示所述上一子帧平均空间协方差矩阵，
表示所述当前子帧瞬时空间协方差矩阵，K表示递归因子。
步骤205，根据所述当前子帧平均空间协方差矩阵的权值对所述下行波束进行波束赋形。
本实施例所述方法对重构后得到的上一子帧平均空间协方差矩阵进一步进行了归一化处理，使得最终得到的当前子帧平均归一化空间协方差矩阵能够更准确地用于下行波束进行波束赋形。
以下通过具体的实验结果说明本发明的效果。图3～图5为不同信道条件下的性能仿真对比曲线图。其中，图3和图4针对典型城区（Typical Urban，简称：TU)，TU信道典型参数可参见表1；图5针对郊区（Rural Area，简称：RA)环境，RA信道典型参数可参见表2。
表1 TU信道典型参数列表
表2 RA信道的延迟线（Topped DelavLine，简称：TDL）典型参数
图3为TU3信道条件下的性能仿真对比曲线图。其中，TU3表示在TU环境中以3km/h的速度进行移动，图中横轴表示发送载干比（Tx C/I），纵轴表示误块率（Block Error Ratio，简称：BLER）。如图所示，采用本发明各实施例所述进行平滑滤波处理后得到的当前子帧平均空间协方差矩阵
进行下行波束赋形时的性能优于现有技术中采用当前子帧瞬时空间协方差矩阵进行下行波束赋形时的性能。
图4为TU50信道条件下的性能仿真对比曲线图。其中，TU50表示在TU环境中以50km/h的速度进行移动。如图所示，采用本发明各实施例所述进行平滑滤波处理后得到的当前子帧平均空间协方差矩阵
进行下行波束赋形时的性能优于现有技术中采用当前子帧瞬时空间协方差矩阵进行下行波束赋形时的性能。
图5为RA120信道条件下的性能仿真对比曲线图。其中，RA120表示在RA环境中以120km/h的速度进行移动。如图所示，采用本发明各实施例所述进行平滑滤波处理后得到的当前子帧平均空间协方差矩阵进行下行波束赋形时的性能优于现有技术中采用当前子帧瞬时空间协方差矩阵进行下行波束赋形时的性能。
表3显示了BLER=10-2时的仿真数据结果
从表3中可以看出，采用本发明后可以在TU50和RA120信道条件下带来下行波束对应的下行链路性能上的很大提升。
图6为本发明所述下行波束赋形装置实施例一的结构示意图，如图所示，该下行波束赋形装置10包括：获取模块11、重构模块12、平滑模块13及赋形模块14，其工作原理如下：
下行波束赋形装置10的获取模块11获取并保存与待赋形的下行波束对应的上行波束的上一子帧平均空间协方差矩阵的权值，其中有关上一子帧的相关说明，可参见上述方法实施例的相关内容，此处不再赘述；此后，由重构模块12根据获取模块11获取并保存的所述上一子帧平均空间协方差矩阵的权值重构所述上一子帧平均空间协方差矩阵，其中，重构时所用的公式可参见上述方法实施例的相关内容，此处不再赘述；此后，由平滑模块13对重构模块12生成的所述上一子帧平均空间协方差矩阵及所述上行波束的当前子帧瞬时空间协方差矩阵进行平滑滤波处理得到当前子帧平均空间协方差矩阵，其中，进行平滑滤波时所用的公式可参见上述方法实施例的相关内容，此处不再赘述；最后，由赋形模块14根据平滑模块13得到的所述当前子帧平均空间协方差矩阵的权值对所述下行波束进行波束赋形。
本实施例所述装置通过保存上行波束的上一子帧平均空间协方差矩阵的权值重构所述上一子帧平均空间协方差矩阵，而不再存储上一子帧平均空间协方差矩阵，因此降低了运算过程中占用的存储量。
另外，采用经过平滑滤波处理后的当前子帧平均空间协方差矩阵进行下行波束赋形，与现有技术中采用当前子帧瞬时空间协方差矩阵直接进行下行波束赋形的方式相比，具有更优的误块率性能。
图7为本发明所述下行波束赋形装置实施例二的结构示意图，如图所示，在图6所示装置的基础上，本实施例所述下行波束赋形装置10还可以进一包括归一化模块15，其工作原理如下。
当上述重构模块12重构所述上一子帧平均空间协方差矩阵之后，由归一化模块15对重构后得到的所述上一子帧平均空间协方差矩阵进行归一化处理，得到上一子帧平均空间归一化协方差矩阵，其中，进行归一化处理时所用的公式可参见上述方法实施例的相关内容，此处不再赘述；然后，由平滑模块13对归一化模块15进行归一化处理后得到的所述上一子帧平均归一化空间协方差矩阵及所述上行波束的当前子帧瞬时空间协方差矩阵进行平滑滤波处理得到当前子帧平均空间协方差矩阵，其中，进行平滑滤波时所用的公式可参见上述方法实施例的相关内容，此处不再赘述；最后，由赋形模块14根据平滑模块13得到的所述当前子帧平均空间协方差矩阵的权值对所述下行波束进行波束赋形。
本实施例所述装置对重构后得到的上一子帧平均空间协方差矩阵进一步进行了归一化处理，使得最终得到的当前子帧平均归一化空间协方差矩阵能够更准确地用于下行波束进行波束赋形。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种下行波束赋形方法，其特征在于包括：
获取并保存与待赋形的下行波束对应的上行波束的上一子帧平均空间协方差矩阵的权值；
根据所述上一子帧平均空间协方差矩阵的权值重构所述上一子帧平均空间协方差矩阵，根据公式
重构所述上一子帧平均空间协方差矩阵
其中，w表示所述上一子帧平均空间协方差矩阵的权值；
对所述上一子帧平均空间协方差矩阵及所述上行波束的当前子帧瞬时空间协方差矩阵进行平滑滤波处理得到当前子帧平均空间协方差矩阵；
根据所述当前子帧平均空间协方差矩阵的权值对所述下行波束进行波束赋形。
2.根据权利要求1所述的下行波束赋形方法，其特征在于所述对所述上一子帧平均空间协方差矩阵及所述上行波束的当前子帧瞬时空间协方差矩阵进行平滑滤波处理得到当前子帧平均空间协方差矩阵包括：根据公式
进行所述平滑滤波处理，得到所述当前子帧平均空间协方差矩阵
其中，
表示所述上一子帧平均空间协方差矩阵，表示所述当前子帧瞬时空间协方差矩阵，K表示递归因子。
3.根据权利要求1所述的下行波束赋形方法，其特征在于重构所述上一子帧平均空间协方差矩阵之后还包括：对重构后得到的所述上一子帧平均空间协方差矩阵进行归一化处理，得到上一子帧平均空间归一化协方差矩阵。
4.根据权利要求3所述的下行波束赋形方法，其特征在于对重构后得到的所述上一子帧平均空间协方差矩阵进行归一化处理，得到上一子帧平均空间归一化协方差矩阵包括：根据公式
进行所述归一化处理，得到所述上一子帧平均空间归一化协方差矩阵
其中，
表示所述上一子帧平均空间协方差矩阵，trace()表示计算矩阵的迹。
5.根据权利要求3或4所述的下行波束赋形方法，其特征在于对所述上一子帧平均空间协方差矩阵及所述上行波束的当前子帧瞬时空间协方差矩阵进行平滑滤波处理包括：对所述上一子帧平均空间归一化协方差矩阵及所述上行波束的当前子帧瞬时空间协方差矩阵进行平滑滤波处理。
6.一种下行波束赋形装置，其特征在于包括：
获取模块，用于获取并保存与待赋形的下行波束对应的上行波束的上一子帧平均空间协方差矩阵的权值；
重构模块，用于根据获取模块获取并保存的所述上一子帧平均空间协方差矩阵的权值重构所述上一子帧平均空间协方差矩阵，根据公式
重构所述上一子帧平均空间协方差矩阵
其中，w表示所述上一子帧平均空间协方差矩阵的权值；
平滑模块，用于对重构模块生成的所述上一子帧平均空间协方差矩阵及所述上行波束的当前子帧瞬时空间协方差矩阵进行平滑滤波处理得到当前子帧平均空间协方差矩阵；
赋形模块，用于根据平滑模块得到的所述当前子帧平均空间协方差矩阵的权值对所述下行波束进行波束赋形。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于还包括：归一化模块，用于当重构模块重构所述上一子帧平均空间协方差矩阵之后对重构后得到的所述上一子帧平均空间协方差矩阵进行归一化处理，得到上一子帧平均空间归一化协方差矩阵。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于所述平滑模块还用于对归一化模块进行归一化处理后得到的所述上一子帧平均归一化空间协方差矩阵及所述上行波束的当前子帧瞬时空间协方差矩阵进行平滑滤波处理，得到当前子帧平均空间协方差矩阵。
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